炭黑的主要性质
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炭黑的主要性质 1. 表面积 用来鉴别和分类命名炭黑的重要性质之一。表面积用气相或液相吸附法测得。最经典的测定方法是低温氮吸附法（即BET法）。由于氮分子相对较小,可进入炭黑微孔之中，该法测得的结果表征炭黑的总表面积。近年来研究成功大分子吸附法（如CTAB），因大分子不能进入微孔，其测定结果表征炭黑的外表面积，即“光滑”表面积。大多数橡胶用炭黑是无孔的,所以BET测定结果和CTAB测定结果是一致的。对某些色素用炭黑，这两种表面积测定结果的差，即表征炭黑的粗糙度或孔隙度。另一种测定方法──吸碘法也广泛用于生产控制和产品分类，其特点是简单快速，但测定结果受炭黑表面氧化程度的影响 黑度是指炭黑所具有的黑色呈现强度。炭黑作着色时，黑度主要基于对光的吸收，对于特定浓度的炭黑，炭黑越细小，则光吸收程度越高。黑度除了受炭黑内部的光吸收外，也受由于粒子表面几何机构的影响而产生了具有增亮效应的光散射，这会降低黑度。随着粒径的减小，光散射程度降低。只有对于很细的炭黑，提高炭黑的浓度才能提高黑度，对于粗大的炭黑，具支配因素的光散射程度因炭黑数增加而提高，黑度反而相应降低。 3. 导电性 炭黑的导电性与其结构(尤其是石墨微晶结构)、表面性质和粒径密切相关。炭黑在橡胶中的导电原理主要有导电通道和场致发射等机理。导电通道机理是炭黑聚集体在胶料中相互接触形成网络状通道而导电。场致发射机理是炭黑聚集体链之间的电势差足够大时会引发场致发射，使电子跃过势垒而导电。根据这些导电机理得出，炭黑粒子越小，即单位体积胶料的炭黑粒子越多，炭黑粒子间接触的几率越大或粒子间间距越小，电阻越小，导电性越好。在粒径相同的炭黑中，高结构炭黑的导电性好，这是高结构炭黑具有较多链枝，从而形成较多链枝交织的导电通道所致。炭黑表面挥发物或残留焦油状物多会在炭黑表面形成绝缘膜而降低炭黑导电性。将这类炭黑在真空或惰性气体中进行加热处理以除去表面绝缘膜，会使其导电性提高。表面粗糙度越大的炭黑导电性越好，这是因为在炭黑用量相同的胶料中，粗糙炭黑粒子间接触的几率比光滑炭黑粒子间大。 综上所述，粒子小、结构高、表面纯净和表面粗糙度大的炭黑导电性好。制备导电胶料时，炭黑的用量不能小于某一临界值，否则胶料中过少的炭黑不能形成导电通道或不能引发场致发射，使胶料的导电性不能达到要求。 着色强度可以理解为抵消白色颜料增白能力的效果。着色强度也是随着原生粒子的粒径减小和结构的减小而提高。 5． 色调（色相） “炭黑粒子”的光散射程度，随着粒径的减小而降低，除了影响增光效应，也影响色调，原因如下： 当可将光穿过一主色为黑色的着色层时，短波的蓝光比长波的红光的散射效应更强烈。炭黑越细，这种效应越显著。红光成分由于散射损失较小，因此进入着色层的深度大一些。蓝光总体散射强烈，在相反方向，即后方的散射也强烈，于是又从着色层中反射出来。当观察反射过程时，经细炭黑着色的出现蓝色色调（也称蓝相），会给人黑度更高的感觉。如果炭黑粗大，则相应地呈现棕色色调（也称红相）。 当观察透射过程时，相同的着色层（不完全透明的薄膜）的色调关系正好相反，随着粒径的减小，散射较强的蓝光穿过着色层的深度较小，即蓝光穿过着色层至另一面成分较少，从另一面穿出来。因此，由于在观察的那一 6． 分散性 颜料黑越细，炭黑聚集体之间接触点便越多，结果它们之间内聚力越强，当把颜料黑掺入料，即开始进行始炭黑均匀分布时，则对分散要作的功便大，以把炭黑粒子分隔开来，最终达到最高的黑度和着色。与高结构炭黑相比，低结构炭黑较有可能达到高的浓度，但在分散过程中却因此需要较大分散力。炭黑的分散性能受结构程度的影响，由于高结构炭黑具有良好的分散性能，所以其着色强度也就自然较强。 在使用粉状炭黑时，会出现分散及令人头疼的灰尘问题，因此，可使用母粒或浆状物。 预制炭黑的价格要比单纯使用颜料黑要高，但若考虑到清洁的工序、高的效率及技术投资少的优点，炭黑制剂是有其价值的。 7． 光稳定性 光会使塑料老化，尤其是阳光中的紫外线会加速塑料的老化。在配合运用有机紫外光吸收剂和抗氧化剂可使寿命延长。然而颜料黑仍然被认为是最好的紫外线稳定剂。 颜料黑作为紫外光吸收剂，主要用作延长塑料制品在户外使用寿命。 浓度为0.5%的小粒径炭黑（20nm）与2%的相对粗粒径的炭黑（95nm）。差不多具有同样的光保护作用。 |
